仝 鵬

(陜西省西安市慶華中學(xué) 710025)

“儲(chǔ)氫材料”、“儲(chǔ)氫金屬”等名詞近年來(lái)在高考理綜試題中頻頻出現(xiàn)，學(xué)生平常的練習(xí)題中也開(kāi)始屢見(jiàn)不鮮，筆者通過(guò)查閱資料，結(jié)合自己多年的教學(xué)感悟，搜集整理出有關(guān)概念和在高考中的應(yīng)用，供我們一線(xiàn)同行拓展、分享.

一、儲(chǔ)氫材料簡(jiǎn)介

1.發(fā)展背景

眾所周知，氫氣是公認(rèn)的最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗澜缟显S多國(guó)家和地區(qū)非常重視氫能的研究、開(kāi)發(fā)與利用.但由于氫易燃易爆難液化，如何妥善解決氫能的貯存和運(yùn)輸問(wèn)題也就成為制約氫能開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的儲(chǔ)氫手段如高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫等存在單位體積存儲(chǔ)量低、安全隱患大等問(wèn)題.在這種背景下，探索新型儲(chǔ)氫方式成為科技工作者的研究熱點(diǎn)，研究成果突飛猛進(jìn)，日新月異.

2.儲(chǔ)氫機(jī)理

目前主要新型儲(chǔ)氫方式是利用儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫，主要包括儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫、配位氫化物儲(chǔ)氫、碳質(zhì)材料儲(chǔ)氫、有機(jī)液體氫化物儲(chǔ)氫、多孔材料儲(chǔ)氫等.儲(chǔ)氫材料屬于金屬材料，金屬材料中的化合物與化學(xué)中的化合物是完全不同的概念.比如Fe3C、VC等就不符合化合價(jià)規(guī)律，至于儲(chǔ)氫材料中的金屬氫化物，有兩類(lèi)：其一是由Ⅰ和Ⅱ主族與氫作用，形成離子型氫化物，H以負(fù)離子嵌入金屬離子間形成.其二是Ⅲ和Ⅳ族過(guò)渡族金屬生成金屬型氫化物，H以正離子固溶于金屬晶格間隙形成.

儲(chǔ)氫合金在一定溫度和壓力下，能可逆地吸收、儲(chǔ)存和釋放氫氣，目前應(yīng)用廣泛.儲(chǔ)氫合金目前三種:

(1)鎂系儲(chǔ)氫合金以Mg2Ni為基礎(chǔ)的儲(chǔ)氫合金.

(2)稀土系儲(chǔ)氫合金是以L(fǎng)aNi5為典型代表.在稀土金屬中加入某些第二種金屬形成合金后，能夠在較低溫度下實(shí)現(xiàn)吸氫，人們通常將這種合金稱(chēng)為稀土儲(chǔ)氫合金.

(3)鈦系儲(chǔ)氫合金有鈦鐵系合金以TiFe合金為主、鈦錳系合金以TiMnl.5為主.

在金屬材料中，只有正常價(jià)化合物才符合化合價(jià)規(guī)律，其他的像電子化合物、間隙化合物、間隙相都不符合化合價(jià)規(guī)律，因此，不能夠用化合價(jià)來(lái)評(píng)價(jià).所以，化合價(jià)這個(gè)詞不能夠推而廣之.

碳質(zhì)儲(chǔ)氫材料是通過(guò)吸附作用進(jìn)行儲(chǔ)氫的，是一種物理儲(chǔ)氫方法.碳質(zhì)儲(chǔ)氫材料目前主要研究使用的是比表面積比較高的活性炭、石墨納米纖維和碳納米管.比表面積高的活性炭，單位質(zhì)量表面積比常規(guī)活性炭大得多，吸附儲(chǔ)氫性能自然也較常規(guī)活性炭?jī)?yōu)越.在適度壓力、低溫條件下，活性炭吸氫量隨溫度的降低而急劇增大.高比表面積活性炭由于吸氫量大、可重復(fù)使用，具有良好的應(yīng)用前景.碳纖維儲(chǔ)氫的原理與高比表面積活性炭有類(lèi)似之處，其內(nèi)部中空，表面則形成很多分子尺寸的微孔，導(dǎo)致很大的比表面積.碳納米管內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管，由于重量輕，且具有獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于儲(chǔ)氫效果顯著，儲(chǔ)存的氫氣的密度堪比液態(tài)和固態(tài)氫.

絡(luò)合物儲(chǔ)氫材料目前研究最廣泛的絡(luò)合物儲(chǔ)氫材料主要為NaAlH4，在溫度超過(guò)200℃時(shí)，NaAlH4能夠分解出氫氣，理論計(jì)算的氫氣放出量約為6.9%.如能克服溫度的影響，實(shí)現(xiàn)較低溫度下的反應(yīng)可逆化，就能通過(guò)NaAlH4來(lái)實(shí)現(xiàn)吸放氫過(guò)程.

二、典型高考題賞析

例1 (浙江理綜，2014-11) 混合動(dòng)力汽車(chē)目前使用的一種主要電池類(lèi)型是鎳氫電池(NiMH).NiMH中的M表示儲(chǔ)氫金屬或合金.該電池在充電過(guò)程中的總反應(yīng)方程式是：

下列說(shuō)法正確的是( ).

A．NiMH電池放電過(guò)程中，正極電極反應(yīng)式為：

B．充電過(guò)程中OH-從陽(yáng)極向陰極遷移

D．NiMH電池中可以用KOH溶液、氨水等作為電解質(zhì)溶液

答案：A

例2 (大綱全國(guó)，2014-9)在航天上使用的一種金屬氫化物鎳電池(MH-Ni電池)是在高壓氫鎳電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)(右圖).下列有關(guān)該電池的說(shuō)法不正確的是( ).

A．放電時(shí)正極反應(yīng)為：

B．電池的電解液可為KOH溶液

D．MH是一類(lèi)儲(chǔ)氫材料，其氫密度越大，電池的能量密度越高

答案：C